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操作装置及び操作方法

国内特許コード P200016870
整理番号 5960
掲載日 2020年5月11日
出願番号 特願2018-113326
公開番号 特開2019-215769
出願日 平成30年6月14日(2018.6.14)
公開日 令和元年12月19日(2019.12.19)
発明者
  • 小森 雅晴
  • 田代 健樹
  • 加藤 裕樹
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 操作装置及び操作方法
発明の概要 【課題】操作対象の対応部位から離れていても操作可能であり、操作者が視点を変えても同じ感覚で直感的に操作できる操作装置及び操作方法を提供する。
【解決手段】操作装置10は、(a)立体形状を有する操作部材12と、(b)操作部材12の姿勢の変化を含む操作部材12の状態を検出する検出手段14と、(c)操作部材12の動きと操作対象50の対応部位52の動きとの同期の開始の指示を受け付ける同期指示手段16と、(d)同期指示手段16が同期の開始の指示を受け付けると、検出手段14が検出する操作部材12の状態に基づいて、同期指示手段16が受け付けた同期の開始の指示の後の操作部材12の動きに応じて所定のモードで動く操作対象50の対応部位52の動きを算出し、算出した対応部位52の動きを実現するように操作対象50を動作させるための指令信号を生成する指令手段18と、を備える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

工場の製造ラインなどで使用されるロボットは、同じ動作を繰り返す。ロボットが繰り返す動作は、予め教示(記録)しておく必要がある。動作を教示する方式は種々提案されているが、現在、ティーチングペンダントと呼ばれる教示装置(操作装置)を用いてロボットを操作し、操作により実現された動作を記録する方式が主流である。

例えば、図11は教示装置103の説明図である。図11に示すように、制御装置102を介してロボット101を操作する。教示装置103は、従来のキーやジョイスティックによる教示のほかに、6自由度ポインティング装置104による教示を可能とする。例えば、6自由度ポインティング装置104の球面上の1点を操作者の手105で接触することにより、ロボット101の移動方向106を指示する。6自由度ポインティング装置104の球面上の2点を操作者の手105で接触することにより、ロボットの手先を回転させるときの回転軸の方向を指示する(例えば、特許文献1参照)。

ダイレクトティーチと呼ばれる方式では、ロボット本体、あるいはロボットに取り付けたハンドルなどを操作者が直接持って動かして、所定の動作を教示する。

例えば、図12は、アーク溶接用ロボットの教示装置204の説明図である。図12に示すように、教示装置204は、球体のグリップ242上に、X,Y,Z軸の正逆方向に移動させるための押しボタン式の移動指令スイッチ431~436と、X,Y,Z軸まわりRX,RY,RZの正逆方向に回転させるためのレバー式の回転指令スイッチ441~443が配置されている。この教示装置204は、スイッチ431~436,441~443の位置や操作方向がロボットの移動方向に一致するように、アタッチメント241を介して、ロボットが把持する溶接トーチに着脱自在に取り付ける。アタッチメント241には、動作速度を選択するためのスイッチ245が設けられている(例えば、特許文献2参照)。

産業上の利用分野

本発明は操作装置及び操作方法に関し、詳しくは、ロボットのティーチング等に好適に使用することができる操作装置及び操作方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
立体形状を有する操作部材と、
前記操作部材の姿勢の変化を含む前記操作部材の状態を検出する検出手段と、
前記操作部材の動きと操作対象の対応部位の動きとの同期の開始の指示を受け付ける同期指示手段と、
前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けると、前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態に基づいて、前記同期指示手段が受け付けた前記同期の開始の指示の後の前記操作部材の前記動きに応じて所定のモードで動く前記操作対象の前記対応部位の前記動きを算出し、算出した前記対応部位の前記動きを実現するように前記操作対象を動作させるための指令信号を生成する指令手段と、
を備えたことを特徴とする、操作装置。

【請求項2】
前記指令手段は、前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けたときに前記検出手段が検出した前記操作部材の姿勢と、当該指示を受け付けたときの前記操作対象の前記対応部位の姿勢とが、対応しているとした指令信号を生成することを特徴とする、請求項1に記載の操作装置。

【請求項3】
前記操作部材は、第1の仮想直線の方向から見ると回転対称であり、前記第1の仮想直線と交わる第2の仮想直線の方向から見ると回転対称であり、前記第1及び第2の仮想直線を含む平面と交わる第3の仮想直線の方向から見ると回転対称である外形を有し、前記第1乃至第3の仮想直線の方向の外形寸法のうち、最小値が最大値の90%以上、かつ、100%以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の操作装置。

【請求項4】
前記操作部材は、球体状、正多面体状、および、半正多面体状のうちのいずれかの外形を有することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の操作装置。

【請求項5】
前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態は、前記操作部材の位置の変化を含むことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の操作装置。

【請求項6】
前記モードは、前記操作部材の外部の空間に固定された基準座標系から見た、前記同期の開始指示後の前記操作部材の前記姿勢の変化に応じて、前記操作対象の前記対応部位の角度又は角速度が変わる角度変化モードを含み、
前記指令手段は、前記角度変化モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の操作装置。

【請求項7】
前記指令手段は、
前記基準座標系から見た、前記操作部材の中心を通る前記操作部材の回転中心軸である第1の軸のまわりを前記操作部材が前記同期の開始指示後に回転する角度を算出し、
前記基準座標系から見たときに、前記操作対象の前記対応部位の基準点を通り、前記第1の軸と平行又は平行とみなせる第2の軸を中心に回転する前記操作対象の前記対応部位の角度又は角速度が、算出した前記角度に応じて変わるように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項6に記載の操作装置。

【請求項8】
前記モードは、前記操作部材の外部の空間に固定された基準座標系から見た、前記同期の開始指示後の前記操作部材の前記位置の変化に応じて、前記操作対象の前記対応部位の位置又は並進移動の速度が変わる位置変化モードを含み、
前記指令手段は、前記位置変化モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項5に記載の操作装置。

【請求項9】
前記指令手段は、
前記基準座標系から見た、前記操作部材が前記同期の開始指示後に移動する移動方向の位置の変化を算出し、
前記基準座標系から見たときに、前記移動方向と平行又は平行とみなせる方向の前記操作対象の前記対応部位の位置又は並進移動の速度が、算出した前記位置の変化に応じて変わるように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項8に記載の操作装置。

【請求項10】
前記モードは、前記操作部材の前記位置の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける位置連動モードを含み、
前記指令手段は、前記位置連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項5に記載の操作装置。

【請求項11】
前記モードは、前記操作部材の前記姿勢の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける姿勢連動モードを含み、
前記指令手段は、前記姿勢連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の操作装置。

【請求項12】
前記モードは、前記操作部材の前記位置の変化及び前記姿勢の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける位置姿勢連動モードを含み、
前記指令手段は、前記位置姿勢連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項5に記載の操作装置。

【請求項13】
予め定められた複数の前記モードから、1又は2以上の前記モードを選択するためのモード選択手段をさらに備え、
前記指令手段は、前記モード選択手段によって選択された前記モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項1乃至12のいずれか一つに記載の操作装置。

【請求項14】
前記検出手段が前記操作部材に設けられたことを特徴とする、請求項1乃至13に記載の操作装置。

【請求項15】
前記モードは、前記操作部材の前記位置の3自由度及び前記姿勢の3自由度の変化のすべてと、前記操作対象の前記対応部位の位置の3自由度及び姿勢の3自由度の変化のすべてとを対応付ける全オンオフモードを含むことを特徴とする、請求項5に記載の操作装置。

【請求項16】
前記モードは、前記操作部材の前記位置の3自由度及び前記姿勢の3自由度の合計6自由度のうち1自由度以上かつ5自由度以下の変化と、前記操作対象の前記対応部位の位置の3自由度及び姿勢の3自由度の合計6自由度のうち1自由度以上かつ5自由度以下の変化とを対応付ける部分オンオフモードを含むことを特徴とする、請求項5に記載の操作装置。

【請求項17】
前記同期指示手段は、前記同期の開始の指示に加え、前記同期の終了の指示を受け付けることを特徴とする、請求項1乃至16のいずれか一つに記載の操作装置。

【請求項18】
検出手段が、立体形状を有する操作部材の姿勢の変化を含む前記操作部材の状態を検出する第1の工程と、
同期指示手段が、前記操作部材の動きと操作対象の対応部位の動きとの同期の開始の指示を受け付ける第2の工程と、
前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けると、指令手段が、前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態に基づいて、前記同期指示手段が受け付けた前記同期の開始の指示の後の前記操作部材の前記動きに応じて所定のモードで動く前記操作対象の前記対応部位の前記動きを算出し、算出した前記対応部位の前記動きを実現するように前記操作対象を動作させるための指令信号を生成する第3の工程と、
を備えたことを特徴とする、操作方法。

【請求項19】
前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態は、前記操作部材の位置の変化を含むことを特徴とする、請求項18に記載の操作方法。
国際特許分類(IPC)
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